On dit qu´un noyau lourd " fissionne" s´il se fragmente, de façon spontanée ou provoquée, en deux ou plusieurs autres noyaux plus légers. Prenons l´exemple d´un noyau d´uranium 235. S´il capture un neutron lent ( de faible énergie) il se brise aussitôt, donnant naissance à deux noyaux de masses plus faibles. Ce phénomène s´explique par le fait qu´un noyau d´uranium se comporte comme une goutte de liquide ; l´énergie apportée par le neutron incident déforme la goutte ; la répulsion entre les protons de m´me charge électrique l´emporte alors sur les forces nucléaires attractives de courte portée, entraînant la fission. Lors de ce processus, deux ou trois nouveaux neutrons sont émis et de l´énergie est libérée. Ces neutrons peuvent à leur tour briser d´autres noyaux d´uranium 235, qui donneront naissance à d´autres neutrons qui briseront d´autres noyaux qui . . . Cette multiplication alimente une réaction en chaîne, capable de provoquer la fission d´un nombre considérable de noyaux. L´énergie libérée est de l´ordre de 200 MeV par fission, ce qui est énorme en comparaison des énergies dégagées par les réactions chimiques ( quelques eV ) ; elle est emportée par les noyaux fragments sous forme d´énergie cinétique. Au sein d´un combustible nucléaire, ces fragments, immédiatement ralentis, échauffent le milieu ambiant. Cette chaleur est utilisée pour produire de la vapeur d´eau et entraîner une turbine et un alternateur. Dans les centrales nucléaires, la réaction en chaîne est contrôlée, c´est-à-dire stabilisée à un niveau donné. Dans les bombes atomiques à fission, dite «bombes A », on vise au contraire à l´amplifier. La fission de tous les noyaux d´un kilogramme d´uranium produit autant d´énergie que la combustion de 2500 tonnes de charbon.
Les sources d´uranium
Il est exceptionnel de disposer d´uranium 235 pur. L´uranium naturel est un mélange des isotopes 235 ( 0,7%) et 238 ( 99,3%). Or la fission de l´uranium 238 ne se produit que pour des neutrons très énergétiques, et le plus souvent l´uranium 238 absorbe sans fission le neutron qui l´a frappé pour donner ensuite deux décroissances ß du plutonium 239. Les neutrons d´énergie faible ( moins de quelques électronvolts) sont peu absorbés par l´uranium 238, mais brisent facilement les noyaux d´uranium 235. Lorsqu´on ne dispose que d´uranium naturel ou d´uranium faiblement enrichi en isotope 235, il est nécessaire, pour pouvoir entretenir une réaction en chaîne, de ralentir les neutrons au moyen d´un milieu « modérateur » sur les noyaux duquel ceux-ci perdent leur énergie par chocs successifs. Selon l´enrichissement en isotope 235, on utilise comme modérateur le deutérium, le graphite ou l´hydrogène de l´eau, très bon modérateur mais légèrement absorbant des neutrons.
